發(fā)布時(shí)間：2017-08-22 21:57

  本文關(guān)鍵詞：ERT與TDR聯(lián)合反演層狀土壤水分運(yùn)動(dòng)過(guò)程研究

  更多相關(guān)文章： ERT TDR 層狀土壤 水分運(yùn)動(dòng) HYDRUS-1D模型

【摘要】：土壤是由固、液、氣三相組成的獨(dú)立自然體,作為一種多孔介質(zhì),其構(gòu)成骨架具有形狀不規(guī)則、排列錯(cuò)綜復(fù)雜、碎散固相顆粒存在等特點(diǎn),并且顆粒間的孔隙存在著運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的水和空氣,因此,對(duì)土壤各部分的研究比較復(fù)雜。土壤水是土壤中最活躍的組成部分,在土壤形成過(guò)程中起著極其重要的作用,同時(shí)在大氣降水、地表水、土壤水和地下水“四水轉(zhuǎn)化”中占據(jù)重要地位,是聯(lián)系地表水和地下水的紐帶。目前對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)的大部分研究都將土壤看作是均勻、各向同性介質(zhì),但是由于自然和人為因素的作用,使得田間土壤常常呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu),這種層狀結(jié)構(gòu)將影響土壤水分和溶質(zhì)的運(yùn)移特性。因此探明層狀土壤水分、溶質(zhì)運(yùn)移規(guī)律對(duì)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)污染物在土壤中運(yùn)移及農(nóng)田土壤水分、養(yǎng)分遷移具有重要理論和實(shí)際意義。為了解水分在層狀結(jié)構(gòu)土壤中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,本研究在青島即墨移風(fēng)店鎮(zhèn)的農(nóng)田里,進(jìn)行了剖面上的注水入滲試驗(yàn)。試驗(yàn)利用DCX-1G多功能高密度電法儀——實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)(ERT),監(jiān)測(cè)在注水入滲前、后土壤電阻率隨時(shí)間和空間的變化過(guò)程;由于電阻率是土壤所具有的一種基本物理性質(zhì),同時(shí)土壤水分含量的變化能夠引起土壤電阻率的變化,可以結(jié)合時(shí)域反射儀(TDR)測(cè)得的土壤體積含水量與實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的其它相關(guān)數(shù)據(jù),定量化研究垂直二維剖面上的土壤水分運(yùn)動(dòng)特征;利用HYDRUS-1D軟件對(duì)土壤水分的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較,以確定用ERT方法在時(shí)空尺度上高分辨率監(jiān)測(cè)土壤水分運(yùn)動(dòng)過(guò)程的適用性。這對(duì)研究溶質(zhì)和污染物在土壤中的運(yùn)移規(guī)律及農(nóng)田節(jié)水灌溉的進(jìn)一步優(yōu)化具有重要的意義。本文的研究得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)根據(jù)注水入滲試驗(yàn)過(guò)程中用ERT監(jiān)測(cè)得到的土壤電阻率和TDR測(cè)量得到的土壤體積含水量,建立了電阻率與含水量之間的定量關(guān)系式。由于研究區(qū)土壤呈層狀分布,且各土壤層的基本理化性質(zhì)是不同的,故分別對(duì)三層土壤的電阻率與含水量進(jìn)行擬合,得到0-30 cm與60-90 cm層土壤電阻率與含水量之間關(guān)系,確定性系數(shù)R2分別為0.66和0.67,能夠滿(mǎn)足精度要求,相關(guān)性較好。而30-60 cm土層由于土壤中粘粒含量較高,擬合得到的確定性系數(shù)R2為0.509,相關(guān)性差一些。(2)通過(guò)對(duì)比高密度電阻率法反演的幾種不同算法,發(fā)現(xiàn)時(shí)滯反演算法比其它算法能夠更好地反映土壤電阻率的空間分布。在注水入滲試驗(yàn)時(shí)表層土壤的電阻率迅速降低;隨著入滲時(shí)間的延續(xù),表層土壤水分含量不斷增加,在土壤表層形成了一個(gè)薄的飽和層,使土壤表層電阻率的變化減小,逐漸趨于穩(wěn)定。由于粘土層的存在,水分并不是在到達(dá)土壤界面處后繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng),而是當(dāng)土壤水分含量積累到一定值后,才繼續(xù)向下層入滲,且水分向下運(yùn)動(dòng)的速度相比于表層土壤要慢一些。利用已建立的土壤水分含量與電阻率關(guān)系式,推測(cè)在兩層土壤交界面處土壤質(zhì)量含水量達(dá)到0.183 g/g時(shí)水分開(kāi)始向下層入滲。從水分入滲過(guò)程的電阻率變化圖可以看出,土壤水分的運(yùn)動(dòng)以向下的垂向運(yùn)動(dòng)為主,并伴隨著微弱的水平流動(dòng)。(3)基于測(cè)定的土壤剖面質(zhì)量含水量和氯離子含量隨深度的變化情況,得到了土壤水分實(shí)際的最大入滲深度。通過(guò)對(duì)比土壤質(zhì)量含水量的變化情況,發(fā)現(xiàn)點(diǎn)狀注水試驗(yàn)時(shí)水分入滲達(dá)到的最大深度為60 cm,利用ERT推算的入滲最大深度63 cm;線狀注水試驗(yàn)入滲達(dá)到的最大深度為90 cm,用ERT推算的入滲最大深度為81 cm,能夠較好反映出水分入滲的最大深度。(4)利用HYDRUS-1D軟件對(duì)注水入滲試驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行模擬,得到每一時(shí)刻土壤含水量的變化,并與ERT方法計(jì)算得到的含水量情況進(jìn)行比較,以進(jìn)一步驗(yàn)證ERT方法定量監(jiān)測(cè)土壤水分入滲過(guò)程的準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),模擬得到的土壤水分含量隨時(shí)間和深度的變化趨勢(shì)與用ERT方法計(jì)算得到的水分含量變化趨勢(shì)一致,但因土壤水分入滲過(guò)程的數(shù)值模擬部分由于時(shí)間關(guān)系還沒(méi)有完全做好,兩者之間誤差顯得較大。
【關(guān)鍵詞】：ERT TDR 層狀土壤 水分運(yùn)動(dòng) HYDRUS-1D模型
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S152.7
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 研究的目的和意義8-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 土壤水分入滲研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 ERT研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 TDR研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.4 ERT與TDR結(jié)合研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 研究?jī)?nèi)容和實(shí)驗(yàn)方案14-16
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料及方法16-26
• 2.1 研究區(qū)概況16-17
• 2.1.1 氣候特征16
• 2.1.2 地下水概況16-17
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法17-26
• 2.2.1 田間試驗(yàn)17-18
• 2.2.2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)18-19
• 2.2.3 土壤基本物理性質(zhì)的測(cè)定19-20
• 2.2.4 高密度電阻率法基本原理20-26
• 第三章 層狀土壤水分含量與電阻率的定量關(guān)系26-34
• 第四章 ERT與TDR聯(lián)合反演層狀土壤水分入滲過(guò)程34-55
• 4.1 田間測(cè)量的準(zhǔn)備與數(shù)據(jù)采集34-36
• 4.2 數(shù)據(jù)處理36-41
• 4.3 ERT與TDR方法反演土壤入滲過(guò)程41-53
• 4.4 土壤分層界面處水分運(yùn)動(dòng)特征53-55
• 第五章 ERT反演土壤水分運(yùn)動(dòng)過(guò)程的數(shù)值模擬驗(yàn)證55-62
• 5.1 HYDRUS-1D模型簡(jiǎn)介55-58
• 5.1.1 模型的建立55-57
• 5.1.2 模型參數(shù)的選擇57-58
• 5.2 模擬結(jié)果的分析58-62
• 第六章 結(jié)論與展望62-64
• 6.1 結(jié)論62-63
• 6.2 研究的不足之處及展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目及研究成果69-70
• 致謝70-71

，

本文編號(hào)：721225